建筑设计论文:顶管施工技术在银海大道污水管道工程中的应用

　　近年来，随着科学技术的快速发展,顶管施工作为一种现代化管道敷设技术,在南宁市污水厂及市政管网建设中广泛应用。银海大道污水管道工程是埋深超过5米的污水管网和横穿银海大道十几条过街污水支干管，大部分主要采用顶管施工工艺。在建设项目中顶管法依靠的是人工或机械在管内端部进行挖掘土壤，然后在工作坑内借助顶进设备，把敷设的管子按设计的要求顶入，并用水力或小车将土从管中运出。该工程掘进顶管采用承口钢筋混凝土管，主要项目施工方法如下：

　　一、管节与接头

　　由于本管道为污水管道，为防止污水渗漏和地下水涌入，管节间必须有可靠的防水措施。顶管管材采用承口加强型钢筋混凝土管，双层钢筋网在端部加密。接头采用“T”形钢板套环。钢套环厚度6mm，管端面安装“O”形橡胶止水环，顶进完毕后填塞环氧树脂砂浆。

　　二、工作坑的布置

　　工作坑是顶管施工场所。其位置可根据以下条件确定：(1)根据管线设计，工作坑可选在检查井处;(2)单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水;(3)考虑地形和土质情况，有无可利用的原土后背;(4)工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离;(5)距水、电源较近的地方等。根据施工现场情况，拟设顶管工作井三十个，接收井三十六个。

　　三、工作坑的尺寸

　　工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸。井内后背采用现浇模筑钢筋砼护壁作为顶进后靠背。本工程所有工作井和接收井均采用矩形井，井内设集水坑。工作井和接收井的设计如下：

　　1、顶进工作井的宽度B=D+2B1+2C=1.52+2*1.0+2*0.25=4.52米

　　(式中：D表示顶进管节的外径;B1表示顶进工作井内安装好管节后两侧的工作宽度;C表示工作井护壁厚度;B表示工作井宽度)

　　2、顶进工作井的长度

　　L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=2.0+1.3+0.3+0.5+0.3+0.6=5.0米

　　(式中：L表示顶进工作井的长度;L1表示顶进管节的长度2.0米;L2表示千斤顶长度;L3表示顶铁和顶进管节之间平衡受力垫板厚度0.3米;L4表示顶铁和受力平衡板之间的传达顶力的三角形顶铁0.5米;L5表示后背靠厚度0.3米;L6表示出土工作间长度0.6米)

　　3、根据检查井的尺寸设计及满足施工要求，接收井的平面尺寸为：长×宽=4米×4米

　　四、工作井的施工

　　顶管法施工的工作坑，它作为临时施工过程进、出口以及建成永久性地下管线检查井。由于本工程工作井深度在5米到10米之间，土质上往下依次为素填土、粘土，为了确保在施工过程中的安全，工作井和接收井主要采用槽钢护壁支撑与现浇钢筋砼模筑护壁靠背结合的方法支护，混泥土护壁厚250mm，混泥土采用C20商品混泥土，钢筋按14200双向布置。工作井或接收井开挖时，必须保证井四壁的垂直度，工作井或接收井每开挖1米的深度就对该节浇筑钢筋混泥土护壁，工作井或接收井每开挖2.5米就装配槽钢护壁支撑且进行整体焊接，现浇模筑钢筋混泥土护壁作为顶进后靠背。直至工作井或接收井基本成型号，在工作井旁边挖设一个临时集水坑，工作井基坑底铺设10cm厚的混泥土垫层。

　　五、工作坑导轨设置及基础加固

　　工作坑底可根据土质、管子重量及地下水情况，做好基础，以防止工作坑底下沉，导致管子顶进位置的偏差。

　　1.导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合污水管中心、高程和坡度的要求。本工程采用重38kg，高度为10cm钢轨作导轨。

　　1)导轨轴线设计：导轨轴线(中心线)与将要顶进管段的设计轴线(中心线)一次。

　　2)导轨宽度的设计：两条导轨之间的宽度必须满足导轨面标高和管内底流水面标高是相等的这个要求。计算公式如下：B*B=(D*D-d*d)，式中：B—表示基坑两导轨之间的宽度;D—表示管外径;d—表示管内径。本工程银海大道污水管道中，顶管部分当d=1350时，B*B=(1.52*1.52-1.35-1.35)，B=0.70米。

　　3)导轨坡度的设计：导轨坡度与将要顶进管段的坡度一次。

　　2.采用10cmC10混凝土基础，当工作坑底土质松软，或有地下水时，应采用C20混凝土封底，厚度为20～30cm，混凝土底板漏水处应灌注防水水泥浆。

　　六、顶管工程力学参数确定

　　顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估算顶管的推力和后背承载能力。

　　七、后背结构及抗力计算

　　后背作为千斤顶的支撑结构。因此，后背要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。应进行强度和稳定性计算。

　　1.本工程采用厚钢板后背，这种后背设置简单，安装时应满足下列要求：

　　A.使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3;B.后背靠垫铁可用300mm钢板;C.后背靠后浇筑40cm厚C20钢筋混泥土后座墙。

　　2.后背的计算

　　后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向相一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时，后背不应当破坏，以免产生不允许的压缩变形。

　　后背不应出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶支承在斜面后背的土上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。

　　根据顶进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度，使土体所受的力小于土壤的允许承载力。关于后背详细计算，可分为浅覆土后背和深履土后背。具体计算可按挡土墙计算方法确定。

　　八、顶进设备

　　顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁等。

　　九、顶进施工

　　工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行开挖和顶进。

　　1.顶进时应注意事项：

　　(1)顶进时应遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。应连续作业，避免中途停止，造成阻力增大，增加顶进的困难。(2)首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。(3)安装顶铁应平顺无歪斜扭现象，每次收回活塞加放顶铁时，换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。(4)顶进过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜，偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。管前挖土是保证顶进质量及地上建筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因为管子在顶进中是循已挖好的土壁前进的。因此，管前周围超挖应严格控制。对于密实土质，管端上方可有≤1.5cm空隙，以减少顶进阻力，管端下部135°中心角范围内不得超挖，保持管壁与土壁相平，也可预留1cm厚土层，在管子顶管过程中切去，这样可防止管端下沉。在不允许顶管上部土壤下沉地段顶进时，管周一律不得超挖。

　　管前挖土深度，一般不超过0.3米，如土质较好，可超前0.5m。超挖过大，土壁开挖形状就易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。

　　顶管遇流砂层或淤泥层及其它意外情况时，应立即通知业主和监理现场代表，并暂停施工，与设计、勘测、监理和业主单位共同协商解决。

　　十、管道渗漏的治理

　　对管道渗水和漏水点，先凿V形槽，埋入导水水管，用双快水泥封闭管周，待水泥由一定强度后，用手动泵压入水泥水玻璃浆液封堵。

　　十一、顶管作业面通风

　　顶管作业面通风采用压入强制性通风措施，用鼓风机通过d20PVC塑料管向工作面通风。

　　十二、顶管坑内检查井的砌筑

　　管道完成后，按设计图在坑内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，用水冲实，其上用土回填，分层夯实。

　　十三、测量与纠偏

　　1.顶管测量：采用经纬仪和激光水准仪。

　　(1)测量次数，开始顶第一节管子时，每顶进20～100cm/次。校正时，每顶进一镐即测量一次。(2)中心线测量，根据工作坑内用经纬仪设置的中心桩挂小线，使拉线对准垂球，读管前端的中心尺刻度，若拉线与中心尺上的中心刻度相重合，其差值即为偏差值。(3)高程测量一般在工作坑内引设水准点，停止顶进，将激光水准仪支设在顶铁上，测量前端管底高程。

　　2.顶进偏差的校正

　　顶进中发现管位偏差10mm左右，即应进行校正。纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。

　　十四、结束语

　　综上所述，南宁市银海大道污水管道工程在施工中将埋深超过5米和绝大部分过路管采用顶管施工方法，加快了整个道路系统工程的施工进度，也无噪音、粉尘污染，取得了良好的社会效益和经济效益。